謝國(guó)強(qiáng) 劉正強(qiáng)

摘 要：微米級(jí)噴霧抑塵技術(shù)是專門用來(lái)粉塵治理的一項(xiàng)技術(shù)，經(jīng)過(guò)近些年的應(yīng)用和發(fā)展，技術(shù)逐漸成熟，在我國(guó)也得到廣泛的應(yīng)用和推廣。就目前而言，微米級(jí)噴霧抑塵系統(tǒng)大多應(yīng)用在港口、鋼鐵、礦場(chǎng)、化工、火電等場(chǎng)所，具有占地小、設(shè)備投入小、運(yùn)行費(fèi)用低、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。該文首先對(duì)噴霧抑塵的機(jī)理及其影響因素進(jìn)行研究，對(duì)微米級(jí)噴霧抑塵系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能特點(diǎn)、裝置設(shè)備等進(jìn)行分析，對(duì)高壓噴霧的荷電效應(yīng)進(jìn)行探討，以此對(duì)微米級(jí)噴霧抑塵系統(tǒng)的原理進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：微米級(jí) 噴霧抑塵系統(tǒng) 原理 因素

中圖分類號(hào)：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）10（a）-0124-02

1 噴霧抑塵的機(jī)理及其影響因素

1.1 噴霧抑塵的機(jī)理

噴霧抑塵在諸多行業(yè)都有廣泛應(yīng)用，包括電廠大型噴霧燃料鍋爐、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)噴霧殺蟲、醫(yī)用噴霧劑等，都離不開噴霧抑塵的重要作用，其中大部分霧化設(shè)備是利用噴嘴把液體霧化成霧滴群。在這個(gè)過(guò)程中，連續(xù)液體由于自身存在動(dòng)能，或者和高速氣體介質(zhì)產(chǎn)生接觸摩擦，或者因?yàn)橥獠渴┘拥膭?dòng)能，破碎成具有一定直徑的霧滴，現(xiàn)階段能夠?qū)崿F(xiàn)霧化的形式較多，因此噴霧抑塵的機(jī)理也不盡相同，然而其物理實(shí)質(zhì)卻存在一定的類似，大體可以分為射流破碎和液膜破碎兩種。這個(gè)過(guò)程之后，液體霧化把大塊液體分成小霧滴，以此為基礎(chǔ)，完成噴霧抑塵的作用。噴霧抑塵的機(jī)理總體而言涉及到以下幾個(gè)方面，具體如下。

1.1.1 重力降塵

氣流不斷運(yùn)動(dòng)，粒徑和密度較大的塵粒會(huì)由于重力作用而發(fā)生自然沉降，具體會(huì)受到塵粒大小、密度及氣體流速等的影響。

1.1.2 慣性碰撞

塵粒在不斷運(yùn)動(dòng)中和霧滴發(fā)生碰觸，慣性作用導(dǎo)致其無(wú)法沿著氣體流線繞過(guò)去，而發(fā)生碰撞，因此被霧滴捕集，其效率與氣體速度、運(yùn)動(dòng)軌跡、附著能力有直接關(guān)系。

1.1.3 截留

以慣性碰撞理論為基礎(chǔ)，認(rèn)定其機(jī)理是塵粒僅僅具有大小之分，而無(wú)質(zhì)量之分，所以塵粒會(huì)隨著氣體流線繞過(guò)霧滴，假如流線上塵粒和水滴表面之間的距離不大于粉塵半徑，塵粒則會(huì)被截留附著。

1.1.4 擴(kuò)散

如果含塵氣流中粉塵粒徑不大于2μm，塵粒會(huì)跟隨氣流運(yùn)動(dòng)而無(wú)法按照慣性碰撞和截留機(jī)理，因?yàn)闅怏w分子熱運(yùn)動(dòng)而發(fā)生不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，氣體分子撞擊粉塵顆粒而使其擴(kuò)散，讓粉塵顆粒相當(dāng)均勻地分布于氣體空間。

1.1.5 靜電捕集

靜電捕集是存在大量帶電荷的霧粒，通過(guò)電荷之間庫(kù)侖力而捕集粉塵，其作用效率和粉塵介電常數(shù)、粉塵電荷量等有直接關(guān)系。

1.2 噴霧抑塵效率的影響因素

通過(guò)調(diào)查，分析發(fā)現(xiàn)，噴霧抑塵效率的影響因素包括以下幾個(gè)方面：

（1）粉塵和霧滴的相對(duì)速度。

粉塵與霧滴的相對(duì)速度和碰撞時(shí)動(dòng)量有直接關(guān)系，可以解決液體表面張力問(wèn)題，如果水霧粒徑超過(guò)0.1 mm，則水粒速度超過(guò)30 m/s，2μm的塵粒降塵率大約是55%。

（2）霧滴粒徑。

噴霧霧滴粒徑大小和噴霧抑塵效率有直接關(guān)系，如果水量一致，霧滴的尺寸、數(shù)量、表面積等對(duì)效率的影響很大。

（3）潤(rùn)濕性。

潤(rùn)濕性好，則親水粒子能夠快速被液體補(bǔ)集體收集，效率要比碰撞、截留以及擴(kuò)散高很多，可以針對(duì)較難潤(rùn)濕的粉塵，通過(guò)增添潤(rùn)濕劑的方法，減小其表面張力，從而促進(jìn)除塵效率的提升。

（4）耗水量。

含塵空氣的耗水量和噴霧抑塵效率成正比。

（5）液體黏度和粉塵密度。

液體的黏度越大，噴霧抑塵的效率越低，粉塵密度越大，則噴霧抑塵效率越高。

（6）其他。

除此之外，還包括水霧作用范圍、霧化效果、噴霧器安裝位置、空氣參與霧化作用的量、通風(fēng)措施、粉塵濃度、帶電性等對(duì)噴霧抑塵效率有一定的影響。

2 微米級(jí)噴霧抑塵技術(shù)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

微米級(jí)噴霧抑塵技術(shù)實(shí)際上包括諸多精密技術(shù)，比如計(jì)算機(jī)控制、精密機(jī)械加工、空氣動(dòng)力學(xué)及超音波振蕩技術(shù)等，整套裝置結(jié)構(gòu)包括邏輯控制單元、多功能單元、水氣處理單元、信號(hào)采集單元及氣霧輸出單元等。

（1）邏輯控制單元：邏輯控制單元主要是接受水氣處理單元和信號(hào)采集單元的各種各樣的數(shù)據(jù)信號(hào)，經(jīng)過(guò)一系列運(yùn)算處理之后，根據(jù)原本設(shè)定的程序?qū)Χ喙δ軉卧八畾馓幚韱卧M(jìn)行控制，這類單元各部分都是采用人機(jī)對(duì)話的方式，利用以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)信號(hào)通信，并可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

（2）多功能單元：多功能單元主要是接收邏輯控制單元發(fā)來(lái)的各種控制指令，從而對(duì)電動(dòng)元件、氣動(dòng)元件、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等設(shè)備進(jìn)行控制，達(dá)到系統(tǒng)所需的水、氣流量及壓力，繼而輸送到各個(gè)氣霧輸出單元。此單元配備各類儀表，能夠方便地在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)各環(huán)節(jié)的運(yùn)行狀況進(jìn)行查看，可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓、分流、分壓、反吹等功能。

（3）水氣處理單元：水氣處理單元主要是接收從邏輯控制單元發(fā)出的各種控制指令，利用增壓、穩(wěn)壓、過(guò)濾以及凈化等手段，輸出符合系統(tǒng)所需的水源與氣源及反饋給邏輯控制單元各種狀態(tài)信號(hào)。

（4）氣霧輸出單元：氣霧輸出單元主要是接收多功能單元輸送的水氣源，水源與氣源混合，產(chǎn)生細(xì)小的霧化顆粒，從出口噴出，形成霧陣，吸附粉塵，從而產(chǎn)生高效的抑塵效果。

（5）信號(hào)采集單元：利用繼電器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行收集，比如啟動(dòng)、運(yùn)行、停止、故障及報(bào)警等，利用傳感器采集現(xiàn)場(chǎng)各類數(shù)據(jù)信號(hào)，比如壓力、溫度、流量、電壓以及電流等，并將信號(hào)反饋至邏輯控制單元，經(jīng)過(guò)邏輯控制單元一系列運(yùn)算處理之后，完成系統(tǒng)的閉環(huán)運(yùn)行。

2.2 系統(tǒng)功能及特點(diǎn)

微米級(jí)噴霧抑塵技術(shù)功能包括以下幾個(gè)方面：

（1）抑塵效率高：針對(duì)10 μm以下的可吸入粉塵治理效果高達(dá)97%；

（2）耗水量小：僅為傳統(tǒng)水霧除塵用水量的1/8；

（3）對(duì)物料濕度影響?。何锪蠞穸仍黾又亓勘?.02%～0.05%；

（4）避免二次污染：粉塵與氣霧凝結(jié)后直接回到物料中，無(wú)需專門處理；

（5）延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命：減緩設(shè)備的磨損和老化。

微米級(jí)噴霧抑塵技術(shù)特點(diǎn)包括以下幾個(gè)方面：

（1）集成自動(dòng)化控制，真正實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守；

（2）采用人機(jī)界面，操作直觀簡(jiǎn)單；

（3）具有網(wǎng)絡(luò)通訊功能，實(shí)現(xiàn)分布式控制；

（4）獨(dú)特的自恒溫技術(shù)，適用于冰點(diǎn)以下環(huán)境；

（5）全自動(dòng)多級(jí)過(guò)濾技術(shù)，適用于水質(zhì)較差的場(chǎng)合；

（6）特制的卷放裝置，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)設(shè)備的跟蹤抑塵；

（7）采用工業(yè)級(jí)設(shè)計(jì)，具有良好的防腐、防水、防塵效果。

2.3 裝置設(shè)備

2.3.1 系統(tǒng)描述

微米級(jí)噴霧抑塵系統(tǒng)大部分設(shè)備安裝于干霧間，氣源通過(guò)空氣壓縮機(jī)供給，空氣壓縮機(jī)選擇微油式空氣壓縮機(jī)。螺桿空壓機(jī)出氣口連接氣路過(guò)濾器，氣路過(guò)濾器連接儲(chǔ)氣罐，選擇法蘭連接的方式。整個(gè)系統(tǒng)管路的連接除和設(shè)備連接采用法蘭連接外，管路之間的連接采用焊接方式。為確保系統(tǒng)用水水質(zhì)，在現(xiàn)場(chǎng)提供的水管接口處進(jìn)行自動(dòng)過(guò)濾設(shè)備的安裝。自動(dòng)過(guò)濾裝置根據(jù)進(jìn)出水口的壓差信號(hào)，自動(dòng)把附著在濾網(wǎng)上的雜質(zhì)清理掉，完成系統(tǒng)自動(dòng)排污工作，在排污時(shí)，不影響系統(tǒng)用水量。水路管道上安裝管道流量計(jì)，記錄系統(tǒng)用水情況。管道流量計(jì)可以顯示瞬時(shí)流量，并記錄系統(tǒng)用水的累計(jì)流量。經(jīng)過(guò)儲(chǔ)氣罐的壓縮空氣和自動(dòng)過(guò)濾裝置處理的水，直接進(jìn)入微米級(jí)干霧機(jī)，經(jīng)過(guò)干霧機(jī)內(nèi)部的分配，將水和氣通過(guò)管路輸送到現(xiàn)場(chǎng)的各抑塵點(diǎn)處。

2.3.2 關(guān)鍵設(shè)備

微米級(jí)噴霧抑塵系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備包括以下幾種：

（1）微米級(jí)干霧機(jī)是系統(tǒng)的控制關(guān)鍵，系統(tǒng)集成了各種各樣的傳感器、閥體及儀表等，通過(guò)微米級(jí)干霧機(jī)，一方面能把系統(tǒng)中的水、氣分別輸送到抑塵點(diǎn)；另一方面還能對(duì)系統(tǒng)的水壓、氣壓、水流量及氣流量等進(jìn)行實(shí)時(shí)控制、調(diào)整及設(shè)定，確保系統(tǒng)始終處于最佳工作狀態(tài)；

（2）霧化噴嘴的材質(zhì)選擇不銹鋼，通過(guò)流體高速撞擊金屬的能量，使噴嘴前端的獨(dú)特設(shè)備高頻震蕩，把霧化的液滴進(jìn)行二次霧化，從而產(chǎn)生更小的霧化顆粒。萬(wàn)向節(jié)霧化噴嘴接收由水氣分配器輸送來(lái)的氣、水后，將其轉(zhuǎn)化成水滴直徑為1～10μm的干霧，按微米級(jí)干霧機(jī)的控制指令噴向抑塵點(diǎn)；

（3）空氣壓縮機(jī)，比如螺桿式空壓機(jī)等具有運(yùn)行靈活、工作穩(wěn)定可靠，而且節(jié)能靜音、外形美觀、操作方便以及維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)；

（4）除此之外，還包括電伴熱系統(tǒng)、水箱以及儲(chǔ)氣罐等，都是微米級(jí)噴霧抑塵系統(tǒng)必不可少的關(guān)鍵設(shè)備。

2.3.3 電氣控制系統(tǒng)

微米級(jí)干霧機(jī)設(shè)置專門的手動(dòng)/自動(dòng)切換開關(guān)，還配備了遠(yuǎn)程控制功能。進(jìn)入系統(tǒng)前需要密碼確認(rèn)。設(shè)備具有自診斷功能，能顯示故障信息并進(jìn)行報(bào)警，故障信息通過(guò)接點(diǎn)輸出，單一故障不會(huì)引起整個(gè)系統(tǒng)故障，發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，切斷相應(yīng)部分電源，防止故障擴(kuò)大。PLC控制系統(tǒng)預(yù)留部分?jǐn)U容輸入輸出接口，并留有編程接口，方便以后的升級(jí)改造。

2.3.4 儀表及控制

微米級(jí)噴霧抑塵系統(tǒng)提供滿足微米級(jí)噴霧抑塵啟停、安全監(jiān)視和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行所需的監(jiān)控系統(tǒng)，比如儀表、一次檢測(cè)元件或傳感器、顯示及控制用的操作面板等。微米級(jí)噴霧抑塵監(jiān)控采用PLC裝置；監(jiān)控系統(tǒng)具有診斷功能；控制柜的高壓控制采用脈沖控制；低壓電源控制的系統(tǒng)既能自動(dòng)控制，又能手動(dòng)控制；控制系統(tǒng)有足夠的富裕度，單一故障不能引起整個(gè)系統(tǒng)故障，也不能引起微米級(jí)噴霧抑塵系統(tǒng)保護(hù)的誤動(dòng)或拒動(dòng)。

2.3.5 可編程控制器

系統(tǒng)中所有模件為插接式的，便于更換。系統(tǒng)中任一模件的故障不影響其他模件的運(yùn)行。系統(tǒng)中設(shè)置自診斷功能，診斷至I/O模件級(jí)，以便在程控系統(tǒng)故障時(shí)，給出LED自診斷故障顯示和音響報(bào)警。

（1）中央處理單元（CPU），為確保遠(yuǎn)程控裝置安全、可靠、高效地運(yùn)行，處理器設(shè)置足夠容量的存儲(chǔ)器，并預(yù)留40%的備用量；

（2）輸入/輸出（I/O）模件，系統(tǒng)內(nèi)所有模件均為固態(tài)電路、標(biāo)準(zhǔn)化、模件化、插接式結(jié)構(gòu)。能更換所有的I/O模件，而不用改變盤/柜與其它的連接線。機(jī)柜內(nèi)提供I/O總量的10%為備用，同時(shí)在插槽上還有擴(kuò)充15%I/O模件的空間；

（3）編程和組態(tài)，程控邏輯采用邏輯圖或梯形圖格式進(jìn)行編程，采用的編程技術(shù)在監(jiān)視邏輯狀態(tài)方面具有最大的清晰度，并具有操作的靈活性和修改程序的方便性，所有程控邏輯均在可編程控器內(nèi)完成。

2.4 微米級(jí)噴霧抑塵的方式

微米級(jí)噴霧抑塵的方式包括以下兩種：一種是雙流體水氣混合體方式，也稱為干霧除塵；另一種是單流體方式。單流體和雙流體噴霧的方式都可以噴出3～20μm的細(xì)微霧滴顆粒，從而產(chǎn)生極強(qiáng)的吸附作用。

2.5 微米級(jí)噴霧特點(diǎn)

（1）因?yàn)樗F顆粒是3～10μm，因此在除塵點(diǎn)位置上形成濃密的霧池，具有很高的除塵效率，耗水量小，物料濕度增加重量比不大于1%，無(wú)二次污染；

（2）在起塵點(diǎn)進(jìn)行粉塵治理，減小粉塵爆炸的概率，繼而減少消防設(shè)備投入；

（3）占地面積比較小，且安裝操作簡(jiǎn)便，全自動(dòng)控制方式。

3 微米級(jí)噴霧抑塵系統(tǒng)的原理

干霧抑塵裝置是利用干霧噴霧器產(chǎn)生的10 ?m以下的微細(xì)水霧顆粒（直徑10 ?m以下的霧稱干霧），使粉塵顆粒相互粘結(jié)、聚結(jié)增大，并在自身重力作用下沉降。粉塵可以通過(guò)水粘結(jié)而聚結(jié)增大，但那些最細(xì)小的粉塵只有當(dāng)水滴很小（如干霧）或加入化學(xué)劑（如表面活性劑）減小水表面張力時(shí)才會(huì)聚結(jié)成團(tuán)。如果水霧顆粒直徑大于粉塵顆粒，那么粉塵僅隨水霧顆粒周圍氣流而運(yùn)動(dòng)，水霧顆粒和粉塵顆粒接觸很少或根本沒(méi)有機(jī)會(huì)接觸，則達(dá)不到抑塵作用；如果水霧顆粒與粉塵顆粒大小接近，粉塵顆粒隨氣流運(yùn)動(dòng)時(shí)就會(huì)與水霧顆粒碰撞、接觸而粘結(jié)一起。水霧顆粒越小，聚結(jié)機(jī)率越大，聚結(jié)的粉塵團(tuán)變大加重，于是很容易降落。水霧對(duì)粉塵的“過(guò)濾”作用就形成了。

微米級(jí)干霧抑塵裝置是由壓縮空氣驅(qū)動(dòng)的聲波震蕩器，通過(guò)高頻聲波將水高度霧化，“爆炸”成上千上萬(wàn)個(gè)1～10?m大小的水霧顆粒，其中小方格大小大約是2 ?m。壓縮氣流通過(guò)噴頭共振室將水霧顆粒以柔軟低速的霧狀方式噴射到粉塵發(fā)生點(diǎn)，粉塵聚結(jié)而墜落，達(dá)到抑塵目的。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，微米級(jí)噴霧抑塵系統(tǒng)的應(yīng)用可以發(fā)揮抑制粉塵、凈化空氣的重要作用，特別適用于工作空氣環(huán)境比較惡劣的火力發(fā)電、原料廠、翻車機(jī)系統(tǒng)等，該文對(duì)微米級(jí)噴霧抑塵系統(tǒng)的原理進(jìn)行研究，從噴霧抑塵的機(jī)理為突破點(diǎn)，對(duì)微米級(jí)噴霧抑塵技術(shù)、設(shè)備、方式、特點(diǎn)等進(jìn)行探討，以期對(duì)于微米級(jí)噴霧抑塵系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用起到一定的推進(jìn)作用。

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